Painel Solar Fotovoltaico
Um painel solar fotovoltaico é uma placa sólida ou flexível de material capaz de transformar a luz do sol em energia elétrica. Neste artigo vamos levantar um breve histórico e apresentar o funcionamento desta fantástica tecnologia.
O efeito fotovoltaico
O efeito fotovoltaico é o fenômeno observado pelo surgimento de uma corrente elétrica no material mediante a sua exposição à luz do sol ou outra fonte de luz com determinada intensidade e frequência. Isso se dá por um comportamento característico nas camadas atômicas do material utilizado, onde os fótons de luz que chegam até ele tem energia suficiente para movimentar os elétrons da camada de valência de seu átomo, grosso modo, colocando esses elétrons em movimento e polarização, tem-se a energia elétrica.
Descobertas
O efeito fotovoltaico foi observado pela primeira vez pelo físico francês Alexandre Edmond Becquerel em 1839, ao trabalhar em experiências com células eletrolíticas e outros materiais, constatou que alguns materiais quando expostos a luz geravam eletricidade.
Antes de Becquerel já haviam outra experiências com energia solar aplicadas de outros modos, como em sistemas de aquecimento, e posteriormente o efeito fotoelétrico com Hertz. Mas foi Becquerel quem primeiro qualificou o efeito fotovoltaico propriamente dito, como efeito da ação da luz sobre o material a gerar eletricidade.
Em 1923, Albert Einstein foi agraciado pelo prêmio Nobel por explicar o efeito fotoelétrico ao desenvolver estudos com a natureza da luz. Os estudos de Einstein foram essenciais para o entendimento do efeito fotovoltaico que diferente do efeito fotoelétrico, onde "arrancam-se" elétrons do metal, o efeito fotovoltaico trata-se do comportamento eletrônico interno no próprio material, obtendo-se tensão elétrica quando exposto a luz na faixa de frequência visível. Mais tarde, em 1930 o físico suíço Walter Schottky criou a célula de mono-silício como aplicação prática do efeito fotovoltaico. O silício aplicado por Schottky continuou seu desenvolvimento e aplicação até os dias atuais.
Aplicações fotovoltaicas
Dentre outras linhas de pesquisa e desenvolvimento pelo mundo, em 1953 os cientistas Calvin Fuller, Gerald Pearson e Daryl Chapin criam o processo de dopagem do silício, técnica que consiste em "enriquecer" o material de elétrons em suas camadas, gerando assim, maior eficiência de produção de energia elétrica no material.
Um ano depois, em 1954, Russell Shoemaker Ohl patenteou a primeira célula fotovoltaica da era moderna com tecnologia similar da qual utilizamos hoje com tecnologia em silício.
Em 1955 é instalado o primeiro painel fotovoltaico nos Estados Unidos para alimentar uma estação de telefone na Geórgia.
Em 1958 é laçado o satélite Vanguard 1 com células fotovoltaicas à bordo com potência de 1W para alimentação de seu rádio de comunicação.
A Energia fotovoltaica então é uma realidade com aplicações concretas e caminhando a pleno vapor em seu desenvolvimento tecnológico e produção em série pelas próximas décadas.
Energia Solar em Residências
Em 1973 foi instalada a primeira casa alimentada por energia solar nos EUA. A casa nomeada de Solar One pela Universidade de Delaware, utiliza um híbrido de energia solar térmica e energia solar fotovoltaica. A Solar One também inaugurava o conceito de Building Integrated Photovoltaics - BIPV - que consiste na integração das células fotovoltaicas às estruturas do edifício, como as telhas fotovoltaicas, e também as janelas fotovoltaicas por exemplo, onde cada telha ou janela carrega um arranjo de células fotovoltaicas integrado para a produção de energia.
A viabilidade tecnológica fotovoltaica apontava para o sucesso comercial e se inicia uma corrida pela produção e melhoria de eficiência e pesquisa de materiais para o desenvolvimento dos painéis fotovoltaicos, ampliando cada vez mais a demanda por produtos e reduzindo os preços de produção e comercialização pelas décadas seguintes.
Tecnologias em evolução
Como toda tecnologia, a energia solar fotovoltaica não para e vem se desenvolvendo em diversas linhas de pesquisas técnicas e científicas, criando uma variedade de dispositivos e recursos para o aproveitamento da energia do Sol.
Destacamos as principais tecnologias de painéis e filmes finos fotovoltaicos disponíveis atualmente em nível comercial:
1 Painel solar fotovoltaico de silício monocristalino
2 Painel solar fotovoltaico de silício policristalino
3 Painel solar de silício amorfo (a-Si)
4 Painel solar de telureto de cádmio (CdTe)
5 Painéis solares de seleneto de cobre, índio e gálio (CIS /CIGS)
6 Células fotovoltaicas orgânicas (OPV)
7 Painel solar híbrido - HJT
Cada tipo de painel destacado tem suas especificidades quanto ao material utilizado em sua fabricação, tecnologia empregada na fabricação do material, tecnologia de produção de energia, custos de produção, características elétricas e mecânicas dos equipamentos, eficiência de conversão da energia do sol em energia utilizável, entre outras características intrínsecas de cada produto.
Destacaremos cada tecnologia em outro momento, por hora vale destacar que as principais tecnologias empregadas em residências e edifícios são as dos painéis monocristalinos e policristalinos, pois estes possuem atualmente o melhor custo beneficio para aplicação comercial em termos econômicos e tecnológicos.
Cada painel monocristalino ou policristalino comercializado atualmente, possui eficiência variando de acordo com a fabricante entre 16% e 23% e apesar de existirem linhas de pesquisa com painéis com mais que o dobro de eficiência, ainda não adquiriu-se a o preço competitivo para a produção, além de haver outros entraves tecnológicos para a disseminação do produto com segurança. Desse modo, o mercado disponibiliza painéis fotovoltaicos de eficiência garantida e longa duração e com custos cada vez mais em queda conforme a popularização da solução fotovoltaica.
A energia fotovoltaica no Brasil
Somente no ano de 2012 foi criada a Resolução Normativa 482 de 2012 da ANEEL - Agência Nacional de Energia Elétrica, norma brasileira que permite que o produtor de energia solar fotovoltaica se conecte diretamente à rede da concessionária de energia, atuando com um sistema de compensação de energia gerada versus energia consumida, gerando créditos de energia que podem abater contas futuras ou ser compartilhadas com outra residência, por exemplo.
A partir de então, abria-se a possibilidade do consumidor gerar sua própria energia em seus telhados ou usinas para indústrias em regime de fornecimento em troca com a rede, trazendo uma positividade energética para próximo das cargas com qualidade, segurança e economia em energia elétrica com energia fotovoltaica.